Przygotowanie cyfrowego modelu hybrydowego do wirtualnego planowania zabiegów chirurgicznych rekonstrukcyjnych zębodołu zębodołowego
5 sierpnia 2021
Przepływ pracy do tworzenia trójwymiarowych (3D) wirtualnych modeli hybrydowych został zaprojektowany na podstawie zestawu danych tomografii komputerowej wiązki stożkowej i wewnątrzustnych skanów optycznych, wykorzystujących metody segmentacji obrazów radiograficznych i modelowanie powierzchni o dowolnym kształcie. Modele cyfrowe są wykorzystywane do wirtualnego planowania zabiegów chirurgicznych rekonstrukcyjnych zębodołu zębodołowego.
Realistyczne modele wirtualne mogą pokazywać ubytki bogate w zębodoły i zębodoły w trzech wymiarach. Dlatego mogą wspomóc proces leczenia chirurgicznego i zapewnić głębsze zrozumienie mechanizmów gojenia pooperacyjnego. W porównaniu z poprzednimi i istniejącymi metodami, obecne podejście wyświetla każdą strukturę anatomiczną niezależnie.
Dlatego te wirtualne modele 3D realistycznie reprezentują rzeczywisty scenariusz kliniczny. Metoda ta pomaga przezwyciężyć ograniczenia tradycyjnych procesów diagnostycznych. Na przykład wszczepienie implantów dentystycznych można zaplanować na modelach 3D zamiast na pełnych obrazach skanów CBCT.
Obecny protokół może być stosowany w innych dziedzinach stomatologii, takich jak mikrochirurgia endodontyczna, chirurgia ortopedyczna i chirurgia rekonstrukcyjna po resekcji guza twarzy. Rozpocznij od segmentacji procesu, uzyskując dostęp do modułu edytora segmentów, wybierz wcześniej utworzony przycięty wolumin jako wolumin główny aktywnej segmentacji. Użyj Dodaj, aby dodać i Usuń, aby usunąć segmenty.
Następnie zmień nazwy segmentów zgodnie ze strukturą anatomiczną, którą będą reprezentować. Rozpocznij segmentację kości wyrostka zębodołowego, otwierając listę efektów i wybierając opcję Śledzenie poziomów, półautomatyczne narzędzie, które wyznacza obszar, w którym piksele mają taką samą wartość tła jak wybrany piksel. Następnie przeciągnij mysz na obwód kości w jednym z widoków 2D i naciśnij lewy przycisk myszy, aby wygenerować segment na wybranym wycinku zestawu danych.
Następnie użyj narzędzi ręcznych Maluj i wymazuj, aby zmodyfikować segment i poprawić błędy. Obrysuj zęby i implanty za pomocą narzędzia Wymaż i usuń wszystkie podświetlone piksele, które je reprezentują. Powtórz ten proces na co piątym wycinku zestawu danych w wybranej orientacji.
Po zakończeniu procesu tworzenia konspektu oblicz brakujące segmenty, wybierając z listy Efekty opcję Wypełnij między plasterkami i kliknij przycisk Zainicjuj, aby aktywować interpolację konturów. Jeśli wyniki są zadowalające, kliknij przycisk Zastosuj. Następnie przewiń zestaw danych po zakończeniu, aby sprawdzić i poprawić sporadyczne błędy.
Użyj efektu Wygładzanie, wybierając opcję Mediana jako metodę wygładzania. Następnie ustaw rozmiar jądra na pięć na pięć na pięć pikseli, dostosowując wartość milimetra w nawiasie i klikając przycisk Zastosuj, aby wygładzić granice segmentów przez usunięcie wypukłości. Po zakończeniu segmentacji kości wyrostka zębodołowego powtórz te same kroki dla segmentacji zębów.
Wybierz segmentację z paska rozwijanego, aby dodać plik STL skanu wewnątrzustnego jako segmentację. Najedź kursorem na moduł i z paska bocznego wybierz Kreatora Rejestracji Wiernych. Z menu rozwijanych w sekcjach Od powierników i Do powiernika wybierz opcję Utwórz nowe znaczniki.
W sekcji Od obok paska rozwijanego użyj ikony Umieść punkt znacznika, aby umieścić punkty znacznika na dobrze zdefiniowanych anatomicznych punktach orientacyjnych w wewnątrzustnym skanowaniu optycznym lub systemie IOS. Punkty adiucji zostaną ponumerowane w kolejności umieszczenia. Umieść znaczniki w tym samym miejscu, aby utworzyć listę Do.
W tej samej kolejności na tomografii komputerowej wiązki stożkowej lub zbiorze danych CBCT punkty znaczników o tej samej liczbie muszą reprezentować ten sam anatomiczny punkt orientacyjny. Gdy listy Do będą gotowe, przejdź do menu rozwijanego w sekcji Registration Result Transform na pasku bocznym i wybierz opcję Create New Linear Transform, aby utworzyć transformację. Uzyskaj dostęp do modułu transformacji i wybierz wcześniej utworzoną transformację jako akt transformacji.
W sekcji Apply Transform (Zastosuj przekształcenie) przenieś segmentację systemu IOS i listę From Markups (Ze znaczników) z pola Transformable (Przekształcalne) do pola Transformed (Przekształcone). Ten krok pomoże nałożyć IOS na zestaw danych CBCT. Otwórz oprogramowanie do projektowania wspomaganego komputerowo lub CAD i kliknij przycisk Importuj na ekranie głównym.
Następnie wybierz modele STL wcześniej wyeksportowane z oprogramowania do przetwarzania obrazu DICOM. Przejdź do Sculpt na pasku menu. Z inwentarza pędzli wybierz opcję Redukcja adaptacyjna, aby udoskonalić zaimportowane modele.
Na pasku bocznym kliknij kartę Wybierz i wybierz Pędzel jako narzędzie do zaznaczania. Następnie użyj trybu Odwiń pędzel i dostosuj rozmiar pędzla. Za pomocą szczoteczki wybierz koronę każdego zęba, aż dziąsło brzeżne znajdzie się na IOS.
Na karcie Modyfikuj wybierz opcję Wygładź obwiednię i kliknij przycisk Zastosuj, jeśli wyniki są zadowalające. Przejdź do opcji Wybierz i wybierz opcję Edytuj i oddziel, aby utworzyć pojedynczy obiekt z wybranego obszaru. Następnie przejdź do pozycji Analiza na pasku menu i wybierz opcję Sprawdź.
Wybierz opcję Wypełnienie płaskie jako tryb całego wypełnienia i kliknij przycisk Napraw wszystko automatycznie, aby utworzyć modele zamknięte na podstawie modelu IOS i modeli oddzielonych zębów. Z menu Rzeźba wybierz polecenie Zmniejsz pędzel gładki i wygładź krawędzie wypełnionego otworu. Użyj szczoteczki Shrink Smooth Brush na segmentowym modelu zęba, aż zęby zostaną całkowicie pokryte koronami zębów oddzielonymi od IOS.
W przeglądarce obiektów zaznacz zarówno oddzieloną koronę, jak i segmentowany model tego samego zęba. Na wyskakującym pasku bocznym wybierz opcję Suma logiczna i kliknij przycisk Akceptuj. Użyj opcji Zmniejsz wygładzanie, aby wygładzić przejście.
W przeglądarce obiektów należy zaznaczyć zarówno modele kości, jak i tkanek miękkich, a następnie wybrać opcję Różnica logiczna. Korzystając z tego samego procesu i płynnych przejść, jak opisano, odejmij zęby od modelu tkanek miękkich, aby realistycznie przedstawić sytuację kliniczną. Pokoloruj powierzchnie modeli, wybierając opcję Sculpt (Rzeźba) na pasku bocznym, a następnie przełączając mały suwak z pozycji Volume (Objętość) na Surface (Powierzchnia).
Z inwentarza pędzli przejdź do Paint Vertex i użyj koła kolorów w sekcji Kolor, aby wybrać żądany kolor. Pokoloruj powierzchnię każdego modelu. Reprezentatywna analiza pokazuje obrys pikselowego obszaru zainteresowania o tej samej wartości tła z żółtą linią.
Półautomatyczne narzędzie do segmentacji do śledzenia poziomu zostało użyte w orientacji strzałkowej, a następnie segmentacji ręcznej. Wyniki półautomatycznej segmentacji zostały dopracowane za pomocą narzędzi ręcznych, takich jak Paint i Erase. Zakończona segmentacja była obserwowana w widoku osiowym, strzałkowym i koronalnym, a model 3D został wygenerowany automatycznie z utworzonych wcześniej segmentów.
Super nałożenie IOS i późniejsze modelowanie CAD pozwoliło na spojrzenie na sytuację kliniczną w trzech wymiarach. Śledzenie poziomu to wydajne i inteligentne narzędzie do wykrywania krawędzi. Jednak ze względu na artefakty i rozproszenie utworzone segmenty mogą nadal wymagać ręcznej modyfikacji.
Ten proces jest stosunkowo nowy. Jednak dotychczasowe wyniki są bardzo obiecujące. Modele 3D mogą mieć ogromny potencjał w planowaniu, wykonywaniu i ewolucji zabiegów chirurgicznych w chirurgii stomatologicznej i periodontologii.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia schemat postępowania w celu tworzenia trójwymiarowych (3D) wirtualnych modeli hybrydowych z wykorzystaniem zestawów danych tomografii komputerowej w wiązce stożkowej oraz wewnątrz ustnych skanów optycznych. Modele cyfrowe te usprawniają wirtualne planowanie rekonstrukcyjnych zabiegów chirurgicznych w obszarze błony śluzowej i wyrostka zębodołowego.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Biologia
- Chirurgia stomatologiczna
Wstęp
- Realistyczne modele wirtualne mogą obrazować w trzech wymiarach defekty przyzębne i zębodołowe.
- Modele te wspomagają proces leczenia chirurgicznego.
- Umożliwiają one wgląd w mechanizmy gojenia pooperacyjnego.
- Zastosowane podejście pozwala na niezależne wyświetlanie struktur anatomicznych.
Cel badania
- Tworzenie dokładnych wirtualnych modeli 3D do planowania chirurgicznego.
- Zwiększenie zrozumienia scenariuszy klinicznych w procedurach stomatologicznych.
- Udoskonalenie tradycyjnych metod diagnostycznych.
Zastosowane metody
- Wykorzystanie zestawów danych z tomografii komputerowej wiązki stożkowej.
- Wewnątrzustne skany optyczne do gromadzenia danych.
- Metody segmentacji obrazów radiograficznych.
- Techniki modelowania powierzchni swobodnych.
Główne wyniki
- Modele 3D dokładnie odwzorowują rzeczywiste scenariusze kliniczne.
- Ułatwiają one planowanie rozmieszczenia implantów stomatologicznych.
- Metoda ta pozwala pokonać ograniczenia tradycyjnego obrazowania.
- Osiągnięto lepszą wizualizację struktur anatomicznych.
Wnioski
- Opracowany schemat postępowania znacznie usprawnia planowanie chirurgiczne.
- Wirtualne modele 3D zapewniają realistyczny obraz anatomii stomatologicznej.
- Podejście to może prowadzić do lepszych wyników u pacjentów w chirurgii rekonstrukcyjnej.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Dokładne wirtualne hybrydowe modele 3D usprawniają planowanie chirurgiczne, zapewniając niezależną wizualizację struktur anatomicznych i zmniejszając zależność od ograniczeń tradycyjnego obrazowania. Podejście to zwiększa pewność prognostyczną w procedurach rekonstrukcyjnych, umożliwiając precyzyjną ocenę morfologii defektu oraz wzajemnych relacji tkanek. Taki schemat pracy ułatwia ciągłość translacyjną od etapu odkryć do zastosowań klinicznych w rekonstrukcjach stomatologicznych i szczękowo-twarzowych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez terapeutycznych poprzez niezależną ekspozycję segmentów kości jamistej, zębów i tkanek miękkich.
- Wartość operacyjna: Wspiera ograniczanie ryzyka biologicznego poprzez walidację morfologii 3D oraz lokalizacji wewnątrzkostnych defektów periodontu w odniesieniu do sąsiednich zębów.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Wartość naukowa: Przygotowuje zwalidowane systemy biologiczne do dalszych etapów analizy poprzez rejestrację przestrzenną danych IOS i CBCT.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację i powtarzalność testów dzięki półautomatycznej segmentacji i interpolacji konturów.
- Wartość strategiczna: Zwiększa gotowość do badań przesiewowych poprzez umożliwienie tworzenia realistycznych hybrydowych modeli 3D do projektowania płatów i oceny zarządzania płatami chirurgicznymi.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Zapewnia modelowanie systemów istotnych dla przebiegu chorób poprzez wizualizację kości jamistej, zębów i tkanek miękkich w klinicznie dokładnych reprezentacjach 3D.
- Wartość operacyjna: Wspiera ciągłość przedkliniczną, umożliwiając wirtualne planowanie pozycji implantów stomatologicznych oraz projektu płata w celu uniknięcia powikłań.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w proces odkrywania poprzez wspieranie weryfikacji hipotez na wczesnym etapie badań, zapewnienie gotowości testów do etapu screeningu oraz ułatwianie badań translacyjnych dzięki modelowaniu realistycznych scenariuszy klinicznych.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków poprzez segmentację kości jamistej i zębów na niezależne struktury w celu analizy funkcjonalnej.
- Przesiewowanie: Zapewnia gotowość do analizy i wyniki ilościowe poprzez rejestrację przestrzenną oraz modelowanie powierzchni swobodnych na podstawie zbiorów danych IOS i CBCT.
- Analityka: Dostarcza pomiary grubości tkanek miękkich nad grzbietami bezzębnymi oraz morfologii ubytków w celu wsparcia decyzji chirurgicznych.
- Badania translacyjne: Łączy etap odkryć z walidacją przedkliniczną, umożliwiając wirtualne planowanie chirurgiczne oraz uzyskanie wglądu w mechanizmy gojenia pooperacyjnego.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy możliwość wielokrotnego wykorzystania potencjału w planowaniu chirurgii rekonstrukcyjnej w zastosowaniach dentoalveolarnych, endodontycznych i szczękowo-twarzowych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Pewność prognostyczna dzięki dokładnej reprezentacji 3D scenariuszy klinicznych oraz niezależnej wizualizacji struktur anatomicznych.
- Wartość operacyjna: Standaryzacja i powtarzalność dzięki półautomatycznej segmentacji, interpolacji konturów oraz efektom wygładzania.
- Wartość strategiczna: Lepsze decyzje dotyczące kontynuacji lub odstąpienia od zabiegu dzięki ocenie projektu płata i unikaniu powikłań chirurgicznych poprzez przedoperacyjne modelowanie wirtualne.
- Wpływ na portfolio: Priorytetyzacja dostosowana do ryzyka dzięki umożliwieniu oceny stopnia nasilenia, zakresu i morfologii defektu grzebienia zębodołowego w celu zaawansowania chirurgicznego.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w zakresie segmentacji obrazów radiologicznych, rejestracji przestrzennej oraz technik modelowania powierzchni swobodnych.
- Zależy od zastosowania tomografii komputerowej stożkowej (CBCT) oraz instrumentacji do wewnątrzustnych skanów optycznych z możliwością przetwarzania plików DICOM i STL.
- Wymaga standaryzacji międzyzespołowej w zakresie obrazowania, segmentacji i przepływów pracy modelowania CAD w celu spójnego generowania modeli hybrydowych.
- Obejmuje kwestie adaptacyjne w obrębie systemów modelowania ze względu na zmienność gęstości kości zębodołowej, grubości tkanek miękkich oraz morfologii zębów.
- Uwzględnia ograniczenia praktyczne, takie jak konieczność ręcznej korekty artefaktów segmentacji oraz rozproszenia w zbiorach danych CBCT.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:01
Segmentation of Cone-Beam Computed Tomography (CBCT) Dataset
3:15
Spatial Registration of Cone-Beam Computed Tomography (CBCT) Dataset and Intraoral Optical Scanning
5:23
Separate Crown of the Teeth from the Intraoral Optical Scanning (IOS)
6:32
Merge Crowns of the Teeth with the Segmented Tooth Models
7:04
Subtraction, Model Composition, and Color Models
7:47
Results: Application of Level Tracing in Sagittal Orientation and Spatial Registration of Intraoral Optical Scanning (IOS)
8:40
Conclusion
